纤维预热温度对3D-C_f/Al复合材料显微组织及力学性能的影响

采用真空气压浸渗法制备纤维体积分数为51%的三维五向编织M40碳纤维增强铝基复合材料(3D-C_f/Al),研究纤维预热温度对3D-C_f/Al复合材料显微组织与力学性能的影响,并对比研究3D-C_f/Al复合材料与单向连续C_f/Al复合材料的差异。结果表明:复合材料致密度随着编织体预热温度的提高而增大,提高预热温度可有效减少复合材料内部孔洞和纤维偏聚等浸渗缺陷;复合材料的拉伸强度随纤维预制体预热温度的提高而显著降低。其中,在预热温度500℃、浸渗温度720℃、浸渗压力7 MPa和保压时间20 min的工艺条件下,所制备的3D-C_f/Al复合材料致密度为97.3%,拉伸强度为777.8 MPa,弹性模量为186.1 GPa。

编织结构对3D-C_f/Al复合材料显微组织与力学性能的影响

选用三维五向和三维正交两种编织结构的纤维预制体,采用真空气压浸渗法制备纤维3D-C_f/Al复合材料,研究编织结构对3D-C_f/Al复合材料显微组织和拉伸强度的影响。结果表明:编织结构对3D-C_f/Al复合材料的显微组织与力学性能具有显著影响。其中,三维五向和三维正交C_f/Al复合材料平均致密度分别为97.7%和98.3%,三维五向C_f/Al复合材料存在少量的束间孔洞、气孔缺陷,而三维正交C_f/Al复合材料存在少量纤维团聚缺陷;三维五向C_f/Al复合材料的拉伸强度、拉伸模量及泊松比均明显高于三维正交C_f/Al复合材料的,二者的平均拉伸强度分别为753.5 MPa和644.1 MPa,拉伸模量分别为194 GPa和150 GPa,泊松比分别为0.89和0.04;三维五向C_f/Al复合材料的抗弯强度、弯曲模量均明显低于三维正交C_f/Al复合材料的,二者平均抗弯强度分别为931.8 MPa和1010.3 MPa,弯曲模量分别为134.2 GPa和154.6 GPa。通过对预制体编织结构的设计,可实现3D-C_f/Al复合材料性能设计。

High-efficiency Joining of C_f/Al Composites and TiAl Alloys under the Heat Effect of Laser-ignited Self-propagating High-temperature Synthesis

The aim of this study was to develop a high-efficiency joining method of Cf/Al composites and TiA l alloys under the heat effect of laser-ignited self-propagating high-temperature synthesis（SHS）. The SHS reaction of Ni–Al–Zr interlayer was induced by laser beam and acted as local high-temperature heat source during the joining. Sound joint was obtained and verified the feasibility of this joining method. Effect of filler metals on the joint microstructure and shear strength was evaluated. When the joining pressure was 2 MPa with additive filler metals, joint shear strength reached the maximum of 41.01 MPa.

织物结构对C_f/Al复合材料微观组织与压缩性能的影响

选用ZL301合金为基体材料,采用2.5D浅交直联、三维正交和三维五向等3种结构编织了M40J碳纤维预制体,采用真空压力浸渗法制备纤维体积分数为50%的3D-C_f/Al复合材料。主要研究了织物结构对C_f/Al复合材料微观组织与压缩强度的影响。结果表明,织物结构对C_f/Al复合材料的致密度、微观组织和压缩性能影响较大。其中三维正交结构的C_f/Al复合材料的致密度和压缩强度最大,分别为99.2%和417MPa;而2.5D浅交直联结构的C_f/Al复合材料的致密度和压缩强度最小,分别为95.3%和99.8MPa。

退火及深冷处理对2.5D-C_f/Al复合材料残余应力及力学性能的影响

选用碳纤维2.5D织物为预制体,ZL301为基体合金,采用真空压力浸渗法制备了碳纤维体积分数为49%的2.5D-C_f/Al复合材料。主要对浸渗的复合材料进行退火和深冷处理,研究退火及深冷处理对2.5D-C_f/Al复合材料残余应力及力学性能的影响。结果表明,退火及深冷处理都能够显著降低2.5D-C_f/Al复合材料的残余应力,但深冷处理后残余应力释放更为彻底且残余应力状态发生改变。深冷处理后的复合材料的抗拉强度提升约13.4%,这是因为复合材料低温下体积收缩致使孔隙闭合及残余应力降低所导致,而退火处理的复合材料抗拉强度有所降低。

C_F／Al复合材料界面质量控制研究

采用挤压铸造工艺参数最优化、纤维表面涂层等手段，研究ＣＦ／Ａｌ复合材料界面质量控制和提高复合材料强度的效果．碳纤维和涂覆ＳｉＣ的碳纤维增强Ａｌ－１０Ｓｉ复合材料的挤压铸造最佳温度分别为Ｔｆ＝７３３Ｋ，Ｔｍ＝１０３３Ｋ和Ｔｆ＝７５３Ｋ，Ｔｍ＝１０５３Ｋ．不同的涂层对界面质量有不同的影响，那些阻止界面反应、调节界面结合状态的涂层增强效果较好，如ＰＣＳ－ＳｉＣ可使复合体系强度提高８９％；Ｋ２ＺｒＦ６也有改善界面质量的功能，但加入量过大，导致复合材料强度的下降．随界面剪切强度的增大，复合材料强度增加．结果表明高模量碳纤维所允许的最佳界面剪切强度（τ０），远远大于低模量碳纤维所允许的τ０．从而具有较好的增强效果．

深冷保温时间对三维正交Cf/Al复合材料显微组织与力学性能的影响

采用真空气压浸渗法制备了纤维体积分数为50%的三维正交Cf/Al复合材料,主要研究了深冷保温时间对复合材料残余应力、致密度、组织及力学性能的影响,并分析了其影响机理。结果表明,深冷处理改善了三维正交Cf/Al复合材料的显微组织,提高了其致密度,且对三维正交Cf/Al复合材料的残余应力、力学性能有显著的影响。经过深冷处理后,三维正交Cf/Al复合材料的残余应力降低,且随深冷保温时间的增加,残余应力值不断降低。而且深冷处理显著提高了三维正交Cf/Al复合材料的抗拉强度和弹性模量,经36h深冷处理的三维正交Cf/Al复合材料的抗拉强度和弹性模量达到841.33 MPa、132.19GPa,较铸态下的738.85 MPa、105.80GPa分别提高了13.9%、24.9%。经过深冷处理后,显微组织的改善及残余应力的释放是三维正交Cf/Al复合材料力学性能提高的主要原因。